发电厂基于IMS的智能预警通信方法与流程

本发明涉及工业通信，具体为发电厂基于ims的智能预警通信方法。

背景技术：

1、发电厂的运行监控体系依赖于现场部署的大量传感器与监控终端，随着ip多媒体子系统在工业通信中的应用，发电厂内部的语音、视频及控制指令逐渐向统一网络融合，但在复杂的工业环境中，现有的预警通信系统在数据处理深度与极端工况下的链路保障方面存在技术局限。

2、现有监控系统在处理离散的结构化传感器参量与连续的流媒体图像数据时，缺乏基于底层系统时间与三维物理坐标的严格对齐机制，导致多源异构数据的融合处理效率低下，使得异常状态的评估脱离客观量化标准，并且，在触发预警状态后，现有系统的处置流程过度依赖现场人员的人机交互确认，在突发险情导致人员无法及时操作终端的工况下，由于缺少结合底层硬件定时器的控制权自动移交逻辑，预警流转机制出现停滞，延误后续的资源调度。

3、在底层通信网络架构方面，当发电厂发生极端故障引发主干有线网络物理阻断时，现有设备缺乏检测网络连通性并直接触发硬件级通信链路切换的中断机制，此外，常规ip多媒体子系统网络环境下的音视频告警数据包数据量庞大，在启用备用卫星通信硬件时，由于未建立针对窄带信道的数据轻量化映射与提取规则，原始大体积数据载荷超出卫星传输的带宽限制，导致核心故障参量无法成功发送，远端业务接管平台无法及时获取现场故障状态。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了发电厂基于ims的智能预警通信方法，解决了现有发电厂异构数据融合处理效率低，且在主干通信网络阻断时缺乏链路切换与数据轻量化传输机制，导致告警信息无法上报远端平台的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、发电厂基于ims的智能预警通信方法，方法包括以下步骤：

4、获取离散结构化参量与连续流媒体序列，为所述离散结构化参量与所述连续流媒体序列分配系统时间戳与三维物理坐标，并组合输出基础融合数据序列，建立所述基础融合数据序列与设备资产编码的内存映射逻辑；

5、从所述基础融合数据序列中提取特征数值，计算所述特征数值相对于预置的运行基准指标的数值偏离度，利用所述数值偏离度与预置的历史故障特征矩阵执行模式匹配运算，生成故障等级标识符；

6、依据所述故障等级标识符输出本地环境声光控制指令并激活硬件定时器，在所述硬件定时器到达设定的超限时间阈值且未捕获到人机交互终端响应信号的条件下，生成控制权移交指令；

7、接收所述控制权移交指令以提取目标通信地址，构建在报文首部插入装载所述故障等级标识符的自定义扩展字段的会话初始协议数据包，向ip多媒体子系统网络发送所述会话初始协议数据包以建立音视频传输通道；

8、向所述ip多媒体子系统网络发送网络层探测报文评估网络连通性，在检测到通信阻断特征时触发底层通信链路切换中断，提取所述基础融合数据序列与所述故障等级标识符对应的映射短码，利用外置卫星通信硬件发送所述映射短码。

9、通过对离散结构化参量与连续流媒体序列分配系统时间戳与三维物理坐标，建立多源数据的时空维度对齐基准；利用数值偏离度与历史故障特征矩阵执行模式匹配运算，输出客观量化的故障定级结果；结合硬件定时器监测人机交互终端响应状态，在无人干预条件下触发控制权移交；在网络连通性评估判定通信阻断时，提取映射短码并利用外置卫星通信硬件发送，在有限带宽下建立备用告警数据传输通道。

10、优选的，所述获取离散结构化参量与连续流媒体序列，为所述离散结构化参量与所述连续流媒体序列分配系统时间戳与三维物理坐标，并组合输出基础融合数据序列，建立所述基础融合数据序列与设备资产编码的内存映射逻辑的步骤包括：

11、按照设定采样周期对所述离散结构化参量进行划分以形成离散数据载荷，按设定时间窗口划分所述连续流媒体序列的连续图像数据形成流媒体数据载荷；

12、为所述离散数据载荷和所述流媒体数据载荷配置包含底层硬件媒体访问控制地址的统一数据头，组合生成所述基础融合数据序列；

13、利用所述三维物理坐标与底层硬件媒体访问控制地址执行寻址匹配运算，匹配获取所述设备资产编码；

14、构建以所述设备资产编码为检索键值、以所述基础融合数据序列存储区域起始逻辑地址为映射值的内存地址哈希映射表。

15、上述步骤中，通过为离散数据载荷和流媒体数据载荷配置统一数据头生成基础融合数据序列，消除异构通信协议产生的数据格式差异；构建以设备资产编码为检索键值的内存地址哈希映射表，缩短基础融合数据序列起始逻辑地址的内存寻址周期。

16、优选的，从所述基础融合数据序列中提取特征数值，计算所述特征数值相对于预置的运行基准指标的数值偏离度的步骤包括：

17、提取所述基础融合数据序列中的所述特征数值以构建一维特征向量；

18、读取包含理论预期数值与容差范围参数的所述预置的运行基准指标；

19、计算所述特征数值与对应理论预期数值的差值，将所述差值与对应容差范围参数的比值确定为所述数值偏离度，组合生成偏离度特征向量。

20、上述步骤中，引入包含容差范围参数的预置运行基准指标计算比值，将绝对差值转化为相对的数值偏离度，统一不同传感器数值的物理量纲，生成标准化的偏离度特征向量以作为模式匹配运算的输入参量。

21、优选的，利用所述数值偏离度与预置的历史故障特征矩阵执行模式匹配运算，生成故障等级标识符的步骤包括：

22、计算所述偏离度特征向量与所述历史故障特征矩阵中故障中心向量间的加权欧氏距离；

23、从计算的所述加权欧氏距离中确定数值最小的计算结果作为目标匹配距离，并将所述目标匹配距离对应的故障类型记录为目标故障类型；

24、在所述目标匹配距离小于或等于匹配接受阈值时，读取所述目标故障类型预先关联的故障等级编码以生成所述故障等级标识符。

25、上述步骤中，计算偏离度特征向量与历史故障特征矩阵中故障中心向量间的加权欧氏距离，量化运行状态与已知故障模型的空间相似度；设定匹配接受阈值阻断轻微数值波动造成的误报，进而输出对应的故障等级标识符。

26、优选的，在所述硬件定时器到达设定的超限时间阈值且未捕获到人机交互终端响应信号的条件下，生成控制权移交指令的步骤包括：

27、依据所述故障等级标识符获取所述超限时间阈值并注入所述硬件定时器中，利用系统时钟源执行内部寄存器的步进操作；

28、启动非阻塞后台监听线程，持续读取人机交互终端的接口状态寄存器以监测动作反馈状态；

29、当所述硬件定时器的剩余时间归零且未捕获到对应所述人机交互终端响应信号的有效低电平脉冲时，提取所述设备资产编码、所述数值偏离度以及所述故障等级标识符生成所述控制权移交指令。

30、上述步骤中，依据故障等级标识符向硬件定时器动态注入超限时间阈值，利用非阻塞后台监听线程直接读取接口状态寄存器的电平状态，避免软件轮询造成的线程阻塞，确保控制权移交指令在响应超时瞬间的实时生成。

31、优选的，接收所述控制权移交指令以提取目标通信地址，构建在报文首部插入装载所述故障等级标识符的自定义扩展字段的会话初始协议数据包的步骤包括：

32、依据所述故障等级标识符查询责任对象映射表以提取所述目标通信地址；

33、将所述数值偏离度与所述设备资产编码处理为波形音频文件；

34、在所述会话初始协议数据包的消息体中写入包含媒体传输端口的会话描述协议数据，在所述会话初始协议数据包的报文首部插入装载所述故障等级标识符的所述自定义扩展字段。

35、上述步骤中，将会话初始协议数据包的报文首部写入装载故障等级标识符的自定义扩展字段，向网络路由节点暴露故障优先级状态；同时将数值偏离度与设备资产编码转换为波形音频文件，提供在媒体传输端口中直接下发告警数据的载体。

36、优选的，所述向ip多媒体子系统网络发送所述会话初始协议数据包以建立音视频传输通道的步骤包括：

37、依据所述故障等级标识符确定ims信令优先级参数，利用所述ims信令优先级参数发送所述会话初始协议数据包以执行信令排队和路由转发；

38、在完成会话确认后，将所述波形音频文件及所述连续流媒体序列中对应的视频数据段分别封装为音频实时传输协议数据流和视频实时传输协议数据流；

39、按照协商的所述媒体传输端口分别发送所述音频实时传输协议数据流和所述视频实时传输协议数据流，以建立所述音视频传输通道。

40、上述步骤中，利用ims信令优先级参数控制会话初始协议数据包的排队与路由转发顺序，赋予故障告警信令网络优先通过权；利用媒体传输端口分别发送音频实时传输协议数据流与视频实时传输协议数据流，完成现场实况数据的并发下发。

41、优选的，向所述ip多媒体子系统网络发送网络层探测报文评估网络连通性，在检测到通信阻断特征时触发底层通信链路切换中断的步骤包括：

42、向ims网络连通性探测地址发送所述网络层探测报文并捕获应答数据帧，以获取往返时延参量与丢包率参量；

43、分别按照标定的上限值对所述往返时延参量与所述丢包率参量执行归一化处理；

44、利用所述归一化处理后的参量计算网络连通性评估值，在所述网络连通性评估值大于通信阻断特征阈值时生成阻塞信号并注入外部中断请求引脚，触发所述底层通信链路切换中断。

45、上述步骤中，根据捕获的应答数据帧获取往返时延参量与丢包率参量计算网络连通性评估值，在网络连通性评估值超出阻断特征阈值时，向外部中断请求引脚注入阻塞信号，利用硬件级中断机制完成底层通信链路切换。

46、优选的，提取所述基础融合数据序列与所述故障等级标识符对应的映射短码的步骤包括：

47、在异常处理服务例程运行期间，从所述基础融合数据序列中读取异常参量类型，并依据预设偏离度区间边界确定所述数值偏离度对应的偏离度区间编码；

48、将所述设备资产编码、所述异常参量类型、所述偏离度区间编码以及所述故障等级标识符组合形成告警特征索引；

49、依据所述告警特征索引从预置的告警短码哈希映射表中提取对应的所述映射短码。

50、上述步骤中，从基础融合数据序列读取异常参量类型并确定偏离度区间编码，将其与设备资产编码、故障等级标识符组合为告警特征索引，进而提取映射短码，在保留告警要素的前提下压缩数据体积，适配窄带信道传输限制。

51、优选的，所述利用外置卫星通信硬件发送所述映射短码的步骤包括：

52、将所述映射短码写入所述外置卫星通信硬件的发送缓冲寄存器中；

53、在检测到所述发送缓冲寄存器中存在待发的所述映射短码后，激活射频收发链路并完成链路同步与信道接入；

54、利用相移键控调制方式对所述映射短码执行物理载波调制处理，并将无线信号发送至近地轨道通信卫星节点以转发至远端业务接管平台。

55、上述步骤中，将映射短码写入外置卫星通信硬件的发送缓冲寄存器，激活射频收发链路并执行物理载波调制处理，利用近地轨道通信卫星节点构建备用物理链路，完成地面有线通信网络阻断工况下的远端业务接管。

56、本发明提供了发电厂基于ims的智能预警通信方法。具备以下有益效果：

57、1、本发明通过为离散结构化参量与连续流媒体序列分配系统时间戳与三维物理坐标，组合生成基础融合数据序列，并建立基础融合数据序列与设备资产编码的内存映射逻辑，能够将不同采集源的底层数据在时间与空间维度进行严格对齐，消除异构数据处理时的格式壁垒，并缩短后续异常分析过程中定位目标设备的内存寻址周期。

58、2、本发明通过提取基础融合数据序列的特征数值计算数值偏离度，结合预置的历史故障特征矩阵执行模式匹配运算生成故障等级标识符，并利用硬件定时器监测人机交互终端响应状态，通过量化偏离指标执行故障定级，排除主观经验干预；同时配合底层硬件定时机制，在检测到无人员响应电平信号时自动生成控制权移交指令，确保预警流转机制不断链。

59、3、本发明通过向ip多媒体子系统网络发送探测报文且检测到通信阻断特征时触发底层链路切换中断，进而提取包含设备资产及故障要素的映射短码，利用外置卫星通信硬件进行发送，采用触发底层中断与提取映射短码的设计，能够在主干通信网络瘫痪的工况下，降低告警数据载荷的带宽占用，从而满足卫星窄带信道的传输限制，建立独立的数据上报通道。